想必有过学习编程语言经历的人,对栈这个词丝毫不会感到陌生,栈也是8086时代所诞生的一种具有特殊的访问方式的存储空间。
1.栈的概念
栈其实也是一段内存段,和别的内存段没有任何区别,都是线性的,只是CPU对栈做出了一点特殊的操作,CPU用SS:SP指向了栈顶,也就是说,无论何时SS:SP这个地址都是栈顶的地址,这也就为栈的操作方式提出了限制,LIFO(Last In First Out,先进后出)。
你将数据入栈,就是将SS:SP的指向向上移动了两个字节,然后写入数据,这样新入栈的数据也就变成了栈顶,同理出栈也是类似的操作,首先将SS:SP的指向向下移动两个字节,然后弹出数据,这样原始数据就不再是栈顶了,也就是被变相的删除了(还存在原地址,只是不属于栈)。
注意,对于CPU来说,并没有栈这个概念,这个只是程序员为了编程方便而发明的一种数据结构,是存在人的意识之中的,也就是说,栈的大小,CPU并不知道,他只知道SS:SP指向的就是栈顶,在程序中控制栈大小,防止溢出也就是程序员的责任了。
2.PUSH,POP指令
为了对栈的操作方便,CPU提供了PUSH,POP两个指令来以栈的方式来访问内存空间。
PUSH AX ;将AX中的值入栈
POP AX ;将栈顶元素的值赋值给AX
PUSH指令的实质就是SP = SP - 2,然后向SS:SP中写入数据,同理POP指令的实质就是读取SS:SP中的数据,然后SP = SP + 2。
注:对于栈来说,首先是向高地址写入数据,然后逐个向低地址写入,所以PUSH是SP-2(向上移动)。
前面说道了SS:SP时时刻刻都是指向栈顶的地址,那么怎么表示这个栈空间没有存在任何内容?那么就是将SP的值指向栈空间最高地址(形象来说就是杯子的最底部)的下一个地址,这样就表示这个是个空栈。
3.用途
介绍了栈的性质,那么栈到底有什么用处,要使得CPU专门为他来设计汇编指令?
个人看法:
首先,我们知道通用寄存器的个数是有限的,那么我们如何在高级语言中使用超过寄存器个数的数据?相信深入学习过编程语言的人都了解,在程序中声明自由的变量都是存贮在栈中的,栈这就为了多数据使用提供了实现。
其次,我们之前说过程序是将CS:IP指向的地址当作是代码来执行,那么回忆一下高级语言中的函数,我们怎么调用一个函数?
在主函数调用他的子函数之时,是将CPU的控制权交给子函数,然后在子函数完成工作之后再将控制权返回给主函数。那么仔细想想,我们在汇编中调用一个子函数是很简单的,只需要将CS:IP指向他就可以,那么返回呢?
这时候就是栈大显生手的时候了,在汇编中调用子函数的全过程就是首先将标志寄存器(之后会介绍)入栈,然后将当前的CS:IP入栈,最后JMP(之后会介绍)子函数地址,在返回时就对应POP数据就可以了。
最后,有没有记得一开始提到寄存器的时候我说明了CX这个寄存器和循环(之后会介绍)有关系?是的,CPU就是根据CX寄存器的值来判断循环的,那么思考一下,高级语言中的嵌套循环是怎么实现的?
是不是发现两个循环都需要改变CX的值?那么循环次数不都乱套了吗,这是对应的处理方式就是在进入子循环的之后现将当前的CX入栈,在子循环结束时将CX值POP回去,继续控制外层循环。
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